Insegnamenti

 

SM/0166 - LABORATORIO DI ASTROFISICA

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
ALESSANDRO ​RIGGIO (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento




Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/68] ​ ​FISICA [68/00 - Ord. 2014] ​ ​PERCORSO COMUNE560
Obiettivi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Gli studenti acquisiranno conoscenze di base sulla fotometria di oggetti astrofisici, l'analisi di serie temporali e comprensione dei meccanismi fisici nelle stelle variabili Cefeidi.

CAPACITÀ APPLICATIVE
Gli studenti estrarranno informazioni da una serie di immagini astronomiche e applicheranno tecniche di analisi temporale.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Nelle attività di laboratorio, gli studenti analizzeranno la procedura sperimentale per individuare tutte le fonti di incertezze, con un confronto continuo con l'insegnante.

ABILITÀ NELLA COMUNICAZIONE
Gli studenti presentano i risultati scrivendo una relazione sulla attività svolta in laboratorio. Useranno software dedicato per eseguire la fotometria d’apertura di immagini astronomiche.

CAPACITÀ DI APPRENDERE
Gli studenti svilupperanno la conoscenza e la capacità di acquisire, ridurre e analizzare immagini astronomiche. Inoltre, apprenderanno le tecniche principali per analizzare una serie temporale di dati e testare statisticamente diversi modelli.
le stelle.

Prerequisiti

Gli studenti devono possedere le competenze di base di Fisica della Materia, Fisica Nucleare e Astrofisica, fra cui lo spettro di corpo nero e concetti di statistica elementare, di astronomia di base. La conoscenza base di un linguaggio di programmazione è consigliata. Gli studenti devono poi avere le competenze relative ai laboratori di fisica della laurea triennale in Fisica.

Contenuti

1. Grandezze fisiche in fotometria: Flusso, Luminosità, Flusso e luminosità, grandezza, sistemi fotometrici.
2. Telescopi: telescopi ottici, point spread function (PSF), disco di Airy, seeing, area efficace, flat field.
3. CCD: CCD, lettura del CCD, fonte di rumore in CCD
4. Fonti di errori sistematici: metodo per misurare gli effetti sistematici e le loro correzioni, “flat field”, “dark frame”, “bias frame”.
5. Sistema di coordinate in astronomia: orizzontale o Alt-azimutale, sistema equatoriale, mappe stellari.
6. Scale temporali: la misura del tempo in astronomia, il sistema Giuliano.
7. Il ruolo dell’atmosfera: Estinzione, eccesso di colore, l'estinzione atmosferica, la rifrazione atmosferica, la luminosità del cielo.
8. Fotometria d’apertura: magnitudine strumentale, statistica nella fotometria d’apertura, fotometria differenziale.
9. stelle variabili: Stelle Variabili, variabili estrinseche, binarie spettroscopiche, binarie ad eclisse, variabili intrinseche, variabili nel diagramma HR, stelle pulsanti.
10. Cefeidi di Tipo I: meccanismo di oscillazione radiale, ciclo della pulsazione, legge di Kramers, meccanismo kappa, zone di ionizzazione parziale, meccanismo gamma, fascia di instabilità, un modello semplice per il periodo di oscillazione delle stelle cefeidi.
11. Ammassi di stelle: la sequenza principale, Evoluzione stellare nel diagramma HR, il ruolo della metallicità nell’evoluzione stellare nel diagramma HR, diagramma HR per gli ammassi aperti e globulari, fit di sequenza principale.
12. Analisi temporale: Curva di luce, le tecniche di Fourier, variabilità in FFT, variabilità periodica, fase di un segnale a frequenza variabile, tecnica dello “epoch folding”, ritardi di fase in un segnale periodico.
13. Statistica e test statistici: analisi degli errori, intervalli di confidenza, distribuzione di chi-quadrato, test chi-quadro, la distribuzione F, F-test.


Le attività di laboratorio, che possono variare di anno in anno, saranno descritte alla prima lezione del corso.

Metodi Didattici

Il corso si compone di una parte teorica in cui vengono illustrati, per mezzo di diapositive (fornite agli studenti come documento pdf disponibile sulla pagina moodle del corso), i principali concetti relativi agli argomenti del corso. Al termine di ogni argomento, il docente propone un esercizio relativo all’argomento che viene risolto in classe con la partecipazione attiva degli studenti.

La parte teorica si compone di 20 ore di didattica frontale.

L’attività di laboratorio è di 40 ore, durante le quali lo studente prende confidenza con la strumentazione e, stante le condizioni meteo, acquisirà immagini con il telescopio della stella oggetto di studio. In caso contrario si utilizzeranno immagini di archivio. Sulle immagini acquisite, gli studenti imparano ad utilizzare i tool per l’analisi fotometrica e applicheranno i concetti appresi durante le lezioni frontali. Gli studenti, divisi in gruppi di tre, sono tenuti a produrre una relazione sulla loro analisi dei dati e dei risultati. L'insegnante discute con gli studenti i loro relazioni.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione verrà fatta mediante valutazione dei risultati delle relazioni scritte individuali o di gruppo sulle attività di laboratorio e un esame orale.
Scopo dell'esame è la verifica non solo delle conoscenze ma anche della capacità degli studenti di avere autonomia consapevole nelle scelte delle tecniche di caratterizzazione e nell'analisi dei dati.

Testi

Qui è riportato un elenco di testi e articoli consigliati, divisi per argomento e utili ai fini della preparazione dell'esame

Statistica
R. Barlow. Statistics. A guide to the use of statistical methods in the physical sciences. 1989.
P. R. Bevington and D. K. Robinson. Data reduction and error analysis for the physical sciences. 2003.

Fondamenti di astronomia e astrofisica
H. Karttunen. Fundamental astronomy. Springer Science & Business Media, 2007.
G. B. Rybicki and A. P. Lightman. Radiative processes in astrophysics. John Wiley & Sons, 2008.
F. H. Shu. The physical universe: an introduction to astronomy. University science books, 1982.

Fotometria ottica
W. Romanishin. An Introduction to Astronomical Photometry using CCDs. University of Oklahoma, 2006.
AAVSO Guide to CCD Photometry (Version 1.1) (3.5 MB) https://www.aavso.org/sites/default/files/publications_files/ccd_photometry_guide/CCDPhotometryGuide.pdf

Estinzione del mezzo interstellare
T. Güver and F. Özel. The relation between optical extinction and hydrogen column density in the Galaxy. MNRAS, 2009

Stelle variabili
D. Kilkenny. Variable stars i. & ii.

Altre Informazioni

Il corso farà uso di uno spazio apposito sul sito di elearning dell'Ateneo di Cagliari, all'indirizzo https://elearning.unica.it/course/view.php?id=154

Nota: Al fine di offrire un migliore supporto, gli studenti affetti da Disturbi Specifici dell'Apprendimento certificati sono invitati, entro le prime due settimane di lezione, a rivolgersi al servizio di Ateneo:

SIA, Servizi per l'Inclusione e l'Apprendimento Ufficio Disabilità e D.S.A. (link: http://people.unica.it/disabilita/)

Ulteriori informazioni sono disponibili al link: http://corsi.unica.it/fisica/info-dsa/

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